TW509919B - Magnetic recording media with antiferromagnetically coupled host layer for the magnetic recording layer - Google Patents

Description

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509919 五 、發明說明（2) 化。 IBM s的專利日申凊案09/416, 364，申請日1999/10/08探 討熱穩定性問題，其中用2個鐵磁膜取代習用的單一磁性 記錄層，該鐵磁膜係反鐵磁性耦合在一起而跨過反鐵磁性 間隔膜，因為2個反鐵磁性耦合膜的磁矩方向是反平行， 所以此記錄層的淨剩餘磁厚度乘積（Mrt)是2個鐵磁膜的 Mrt值中的亘。惟，中的此減少並不會減少記錄層的埶 穩定（以KUV表示），因為2個分開的反鐵磁性耦合膜中粒的、 量V是建設性增加。雖然這種方法有前瞻性，但是它會引 入一新未知數，其與此非習用記錄層的磁及記錄/再製特 性有關。 因此需要-種磁記錄媒體以支援極高密度的記錄，同時 η子：？穩定'性，且利用習用單層粒狀始合金磁性材 料的一般磁及記錄/再製特性。 刊 發明、總結 本發明是一種磁性記錄^^~中磁性記錄層形成在一 殊多層主要層上。主要層俜一入士^钟办成在特 2個鐵磁膜跨過一非鐵磁性間隔卩/ 性（AF)，俾其磁矩方向係反平行。彳換耗口反鐵磁 在較佳實施例中，選擇的2個鐵 得個鐵磁膜之磁矩大致取消，因此主要層不Λ科爭要磁使 矩，或是極小的非〇磁矩，所以 小/、有淨磁 獻。 吓M對於磁性圮錄層的Mrt無貢 磁性記錄層具有之組成與主要層中的上鐵磁膜不同，且

第7頁 、發明說明(3) 鐵磁性_合主要層之上鐵磁膜。複合結構（磁性記錄層及 ，要層）之磁量V決定熱穩定性，其约等於磁性記錄層中粒 ，與主要層之鐵磁性膜之和，惟，複合結構之磁矩主要只 疋磁性記錄層之磁矩，因為主要層設計成基本上不具有淨 、矩 因此主要層之2個鐵磁膜間的反鐵磁性|馬合提供一 種機制在不增加複合結構的淨Mr t值之下，增加複合結構 之有效厚度。

在/另一實施例中主之2個紂耦合膜具有磁矩其方向仍為 反平行^但是大小故意不同所以主要層具有一淨磁矩，這 可以使记錄性能最佳，以減少熱散溢或是將媒體設計成磁 矩及頌磁力的某些值而且不改變製程。 ，為^更了解本發明的特性及優點，以下參考附圖來敘述 ju簡單說明 圖1是習用磁性記錄 面圖。 硬碟具有單層磁性記錄層的示意剖 =2疋本發明磁性記錄硬碟的示意面 記錄層下面反鐵磁性（AF)執合主要層。.乂况月磁

習用說明 =是習用磁性記錄硬碟1〇具有單層鈷 錄層1 5的示咅立丨丨而岡 一 〇金磁 缚膜層濺擊在基板11的至少一 3 (取好疋面）以形成硬^資料記錄 ,SlC/Si ,

第8頁 509919 五、發明說明（4) 一

AlMg合金基具有Nip面面塗層，種晶層12是一額外層可用 以改良底層13的成長以及磁層14的特性特徵如其頑磁力， 备基板11是非金屬如玻璃時，種晶層丨2是最常用的，種晶 層12具有的厚度範圍在5到5〇·之間，而這種材料之一是 Ta，CrTi或NiAl ，其是習用的可作為種晶材料以增加某些· 較佳晶體方向中後續沈積層的成長，底層丨3沈積在種晶層 上（若有），或者直接沈積在基板丨丨，而且是非磁性材料如 鉻或鉻合金如CrV或CrTi，底層13的厚度變化會改變磁層 · 1 5的磁性特徵如其頑磁力，底層丨3的厚度在1到丨〇 〇 之 間，而一般值約為2〇nm。 $ 磁層15沈積之前，極薄（一般在〇· 5至5 nm)的鈷合金長 晶層14 一般會沈積在底層13，長晶層14的成分可增加六角 形緊密封裝（HCP)Co合金磁層15的成長，因而其C軸在層的 平面方向。長晶層14可以是含Cr成分的CoCr合金，其選擇 成使長晶層1 4成為非鐵磁性或是極小的鐵磁性。或者，長 晶層1 4可以是鐵磁c〇合金，在該例中的長晶層1 4會影響磁 層1 5的磁性’ c〇合金磁性記錄層1 5是CoPtCrB合金含有4到 25原子百分比（at· 的鉑，ι〇到23at · %的鉻及2到2〇at . % 的棚，若磁層15是CoPtCrB，則長晶層14可以是CoPtCr或

CoPtCrB(含B小於6at·%)，磁層15 —般的厚度是5到2〇nm^ _ 間。 保護塗層1 6可以是一般塗層，大致是非晶碳（也可摻雜 鼠及/或氣）’塗層16 —般小於15nm厚，上述所有的層從種 晶層1 2到塗層1 6都可以在連續過程中濺擊在同軸濺擊系统

第9頁 509919 五、發明說明（5) " ' ""--- 或是單一硬碟系統，如市售含多重濺擊目標容量的單一 碟系統，使用標準目標及習用技術再加以上述的改良即 達成各層的濺擊沈積。 較佳實施例 本發明的磁性記錄媒體具有一磁性記錄層形成在一特殊 多層主要層上，主要層包括至少2個鐵磁膜，其跨過一非 鐵磁性間隔膜而互相互換耦合反鐵磁性（)。 在較佳實施例中主要層的2個^耦合膜具有磁矩其大致 上大小相等但是方向是反平行，所以主要層大致不具有淨 磁矩，惟，主要層可具有一些非〇淨磁矩，因為極難將膜 製造成具有精準的厚度。 根據本發明的磁性記錄硬碟2 〇如圖2的檢查剖面圖所 示’其中主要層30已取代圖1習用結構的長晶層丨4，在圖2 中，記錄層2 5沈積在主要層3〇上，主要層30是由非鐵磁性 間隔膜36分開的2個鐵磁膜32，34組成，非鐵磁性間隔膜 36具有的厚度及成分使得相鄰膜μ ,34的磁矩42，44分別 經由非鐵磁性間隔膜36而作AF耦合，且在零磁場下反平 行’鐵磁膜3 2 ’ 3 4分別具有M r! t!及M r212的磁矩值，其中 Μη t!大約等於計^2，（因為計在鐵磁性材料的每單位體積 的磁矩’而乘積Mrt是厚度t的磁層的每單位面積的磁 、 矩）。 在該實施例中各鐵磁膜32，34具有大致相等的厚度七， 且大致由相同的鐵磁性材料製造以具有相同的Mr，因此磁 矩4 2 ’ 4 4可大致互補或是互相抵消，所以主要層3 〇大致不

第10頁 509919 五、發明說明（6) 具有淨磁矩。 通過非鐵磁性過渡金屬間隔膜的鐵磁性膜的A F耦合已在 一些文件中作了廣泛探討及敘述，通常從鐵磁性至反鐵磁 性的互換耦合振盪具有增加的間隔膜厚，至於該選擇材料 合併的振盪耦合關係可參考Park in等人的n〇sci llations in Exchange Coupling and Magnetoresistance in Metallic Superlattice Structures: Co/Ru， Co/Cr及 Fe/Cr ， Phys· Rev· Lett·， Vol.64， ρ·2034(1990)，該 材料合併包括鐵磁性膜由c〇, Fe，Ni及其合金如

Ni-Fe，Ni-Co，Fe-Co製造，及非鐵磁性間隔膜如釕（Ru)， 鉻（Cr)，鍺（Rh)，銥（Ir)，銅（Cu)及其合金，在各個這卷 材料合併中’若是未知的，則判定該振盪互換耦合關係， 以便選擇的非鐵磁性間隔膜的厚度能確保2個鐵磁膜之間 =反鐵磁性耦合，振盪週期是依非鐵磁性間隔層材料而 疋，但疋振盪耦合的強度及相位也是依鐵磁性材料及介面 性質而定，鐵磁膜的振盪反鐵磁性耦合已用在樞 :阻(GMR)記錄頭中，以設計出連續的磁化反鐵磁性耦合 膜，，、磁矩穩固接在一起以便在記錄頭操作時反 種樞閥型結構已在IBM的專利5, 4〇8, 377及5, 465 1 中 示，2個鐵磁膜的這種磁性結構跨過極薄的非鐵磁性^ 胺而反鐵磁性耦合，如圖2的主要層3〇結構中使用二 j其也稱為合成反鐵磁性磁鐵，在該例中的結不呈伐 淨磁，，因為個別鐵磁膜的磁矩互相抵消，而該鈇ς 為補償式合成反鐵磁性磁鐵。 μ…冓可稱

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至於主要層3〇的AF耦合結構，相鄰層32，34的磁矩4 2， 4 4刀別作反平行對齊’因而互相抵消，箭號& 24 4分別個 別磁域的磁矩方向，且直接分別在訐耦合膜36的上面及下 面’右無磁場，則底層2 3上的底鐵磁膜3 4具有粒狀結構， 而各磁域在膜的平面中其磁矩大致上是無一定方向的，鐵 磁膜3 2的粒形成具有磁矩方向的磁域，所以與鐵磁膜w的 磁矩方向係反平行’而直接跨過AF耦合膜36。 這種鐵磁材料及選擇的鐵磁膜3 2，3 4的厚度值t，t2使 得在無磁場之下的淨磁矩大致是〇，主要層30的Mrt以2

Mr^2表示，在較佳實施例中，計&應該等於計山， 藉由在2個膜3 2，3 4中使用相同的鐵磁性材料及令七與扒相 同’即可達成此目的，若將不同的鐵磁性材料成分用在2 個膜3 2 ’ 3 4中’則2個鐵磁膜的磁（每單位材料體積的磁 矩）會不同，因此可調整厚度，雖然圖2中的主要層3 〇具有 含單一間隔膜的雙膜結構，但本發明也適用於含多重間隔 膜及多重鐵磁膜的主要層結構。 磁性记錄層2 5直接沈積在上鐵磁膜3 2，其也作為磁層3 2 的長晶層，因為主要層3 〇的功能是補償性合成反鐵磁性磁 鐵’所以膜32上的磁層25的成分必須與膜32的成分不同， 在較佳實施例中，磁層2 5是CoPtCrB合金而主要層30的鐵 磁膜32，34也是CoPtCrB合金，但是成分不同，如B的量比 磁層25小的許多，或者膜32，34可以是⑺心合金或是

CoPtCr合金，膜32，34的厚度在〇·5至5 nm之間，主要層 3〇中的非鐵磁性間隔膜36是〇6 nni Ru膜，選擇的心間隔

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膜厚在振盪耦合關係中是在第一反鐵磁性峰值，也期望各 鐵磁膜32，34包括一介面膜，大致上由〇·5㈣的 f 〃 R u_間隔膜36作介面）組成，這些超薄c〇膜會增加鐵磁 膜與間隔膜之間的介面磁矩，因而強化反鐵磁性耦合， 惟，反鐵磁性換耦合會在CoPtCrB鐵磁膜32，34中沒有Co 介面膜之下發生。 s亡鐵磁膜32是互換反鐵磁性耦合磁層25，而且在跨過間 。膜3 6之下與底鐵磁膜^作弱的反鐵磁性搞合，當讀寫頭 j磁％切換成磁層2 5中粒的磁化方向時，上膜3 2的磁化方 =也會切換，因為與這些粒的互換搞合，底膜34的磁化方 。也會切換，因為其與上膜32的弱反鐵磁性耦合，因此膜 ’ 3 4的磁矩仍維持反平行不論粒的磁化方向是否在主要 層30的上方的磁層25中。 s隹王責 與單一磁層相比較佳實施例的複合結構（磁層25與主要 層3^))。的熱穩定會增強，因為膜32，34中粒的各向異性大 致是單軸的，因而即使膜42，44的磁矩是反平行仍可建設 ，的相加，複合結構的磁量v決定熱穩定，其約等於磁層 2】中，量與AF耦合膜32，34之和，惟，複合結構之磁矩曰主 要只是磁層25的磁矩，因為主要層3〇基本上不呈有淨磁 矩4個鐵磁膜32，34之間的反鐵磁性耦合提供、一種機制 从增加複合結構的有效膜厚，同時減少複合結構的淨 值，因此該鐵磁膜可包括極小直徑的粒子及維持熱務定。 在另一實施例中，主要層的雙AF耦合膜具有的^ ^仍是 反平行，但是故意在大小上不同，以便主要層具有非〇的 509919

=矩（Mrltl不等於Mr2t2)，此-實施例的理由是 =錄性能位準發生在一點其中主要層中底鐵磁膜。 度不專於上鐵磁膜的厚度，若在這2個膜 料（、叫，則計ltl不等於Mr2t2，若必須中^用主相/= =膜夠薄以使其不在磁性記錄層產生記錄雜訊‘ 此例，同時必須使主要層的底膜夠厚 ^玍 望的同平面C轴方向1 一實施例：第乂更強力的開發出期 4会A丄 貝犯1巧的弟二理由盥媒體的埶 :::關’媒體中的記錄磁性過渡在一方向中產生磁場:、 要二：相鄰過渡區域去磁’目而使熱衰退，在本 主 =二，底鐵磁膜中產生的過渡區域會產生-磁場其與 由是調整信號位準或媒體的Mrt，一；另在―：施例的第三理 根軸及頑磁力(Hc)的要求值而設=碟【造^ 互相關聯的，因此在一已知Mrt值之；更：，惟計t與I是 設計點，習用是改變過程條件，如底層戶、、、了到達媒，的 其使記錄特徵劣化，而本發明則是經：：又或沈積溫度， Mrt，即改變計心與Mr2t2的相對值。 @方法而調整 可以…，但熟於此技術者 _的疋可以在不逞反本發明的精神’ 作形式及細節上的各種變化，因此上述一 5 不 的，其範圍應由後附中請專利範圍所界。兄月只是敘述性

509919 _案號 90106751 年f月(% 修正夏 圖式簡單說明 元件符號說明 10 硬 碟 11 基 板 12 種 晶 層 13 底 層 14 長 晶 層 15 磁 層 16 保 護 塗 層 20 磁 性 記 錄 硬 碟 21 基 板 22 種 晶 層 23 底 層 25 記 錄 層 26 保 護 塗 層 30 主 要 層 32 、34 鐵 磁膜 36 非 鐵 磁 性 間 隔膜 42 > 44 磁 矩

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Claims (1)

1. 509919 六、申請專利範圍 1. 一種磁性記錄媒體，包括： 一基板； 一主要層在基板上且包括一第一鐵磁膜，一非鐵磁性 間隔膜在第一鐵磁膜上且與其接觸，及一第二鐵磁膜在間 隔膜上且與其接觸，第二鐵磁膜跨過間隔膜而與第一鐵磁 膜互換鐵磁性耦合；及 一磁性記錄層在主要層之第二鐵磁膜上，磁性記錄層 具有之成分與第二鐵磁膜之成分不同。 2. 如申請專利範圍第1項之媒體，其中第一及第二鐵磁 膜在每單位面積大致具有相同磁矩。 3 ·如申請專利範圍第2項之媒體，其中主要層之第一及 第二鐵磁膜大致由相同材料形成。 4. 如申請專利範圍第1項之媒體，其中主要層之間隔膜 由一材料形成，該材料選自由釕（R u )，鉻（C r )，姥（R h )， 銥（Ir)，銅（Cu)及其合金組成之群。 5. 如申請專利範圍第1項之媒體，其中主要層之第一及 第二鐵磁膜由一材料形成，該材料選自由Co，Fe， Ni及其 合金組成之群。 6. 如申請專利範圍第1項之媒體，其中主要層之第一鐵 磁膜包括一介面膜大致由位於第一鐵磁膜與間隔膜介面之 I古組成。 7. 如申請專利範圍第1項之媒體，其中主要層之第二鐵 磁膜包括一介面膜大致由位於第二鐵磁膜與間隔膜介面之 钻組成。

   第16頁 六、申請專利範圍 8 ·如申凊專利範圍第1項 μ 層在基板與主要層間之基板上媒，更包括一非鐵磁性底 9 ·如申請專利範圍第丨 成在磁性記錄層上。 螺體’更包括一保護塗層形 10· 一種磁性記錄硬碟，包括·· 一基板； * 一非鐵磁性底層在基板上； 一主要層在底層上且包括—一 料之非鐵磁性間隔膜，該 ：：:古,,鐵磁膜’ -材 ⑽），銥（Ir)，銅（Cu)及其合=^釕（Ru)，鉻（Cr)，錄 膜上且與其接觸，及一第-二 且成之群形成在第一鐵磁 且與其接觸1隔膜具有成在間隔膜上 跨過間隔膜而•第—鐵磁膜;二鐵磁膜使其 -磁性記錄層在主要層：；=二生：合； 磁性記錄層具有之成分盥第— 、+ 、且與其接觸， 膜鐵磁㈣合；及 鐵㈣不同’且與第二鐵磁 一保護塗層形成在磁性記錄層上。 11.如申請專利範圍第10項之硬3碟，其中第 有-厚度tl及一磁化強度M1 ’第二鐵磁 一广;2、 一磁化強度M2，而其中第一及第二鐵磁膜每==二?及 矩（Mlxtl)及（M2xt2)互相不同。 早位面積之磁 1 2 ·如申請專利範圍第11項之硬碟，其中第一…_ 、 磁膜由相同材料形成，而其中與不同。 載 1 3 ·如申請專利範圍第11項之硬碟，其中第 # 509919 六、申請專利範圍 磁膜由不同材料形成，而其中tl與t2大致具有相同厚度。 1 4 ·如申請專利範圍第1 0項之硬碟，其中第一鐵磁膜具 有一厚度tl及一磁化強度Ml，第二鐵磁膜具有一厚度t2及 一磁化強度M2，而其中第一及第二鐵磁膜每單位面積之磁 矩（Mlxtl)及（M2xt2)大致相同。 1 5.如申請專利範圍第1 0項之硬碟，其中第一及第二鐵 磁膜由大致相同材料形成。 1 6 ·如申請專利範圍第1 0項之硬碟，其中主要層之第一 鐵磁膜包括一介面膜大致由位於第一鐵磁膜與間隔膜介面 之姑組成。 1 7.如申請專利範圍第1 0項之硬碟，其中主要層之第二 鐵磁膜包括一介面膜大致由位於第二鐵磁膜與間隔膜介面 之始組成。

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